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近年来,柔性可穿戴电子设备的快速发展已经拓展了人机交互的多面性并改变了传统健康诊断模式。开发柔性可穿戴电子设备的关键技术主要集中在柔性传感器技术、传感器件与穿戴底物集成技术、柔性便携式储能技术等方面。在不同的应用场景下,对于外力作用的机械运动以及环境温度/湿度变化,需要电子设备满足良好的柔性和稳定的传感及储能性能。3D多孔碳材料相对于金属和导电聚合物等具有独特的优势,包括其分级的孔隙结构,高比表面积和高孔体积,良好的热/化学稳定性,轻质、高导电性以及可塑性强。基于以上特性,通过微纳米级的结构设计,赋予3D多孔碳材料特异的结构-响应能力,对柔性传感器件的开发应用具有重要意义。另一方面,3D多孔碳易于修饰和掺杂调控的特点,是理想的电催化剂载体,同时基于储能电极体系的结构考量,将3D多孔碳开发用于立体型自支撑式空气电极材料,满足新一代高能量密度的金属空气电池在柔性储能的更高要求。本论文以可再生的纳米纤维素（CNF）作为柔性3D多孔碳的基础构件,从构建策略,结构特性与材料力学性能的调控机制,电催化性能调控以及立体型自支撑式空气电极的设计等方面对3D多孔碳在柔性电子器件中的应用,包括柔性压力传感及柔性锌空气电池（ZAB）,进行了一系列研究,具体内容如下:1.通过定向冷冻浇铸的策略,以1D的纳米纤维素和碳纳米管（CNT）与2D石墨烯协同构建3D连续波浪层状网络结构。基于多尺度纳米构件的协同作用,制备的CNT/r GO-CNF碳气凝胶具有出色的结构稳定性,在超低密度(～4.3 mg cm-3)下具有突出的可压缩性和高应变压缩下的机械稳定性。并在50%应变/50,000圈的循环压缩测试中,表现了出色的抗疲劳性能,以及抵抗机械形变的能量耗散能力。2.以可压缩弹性CNT/r GO-CNF碳气凝胶作为压阻式传感元件,进一步研究了3D层状多孔碳气凝胶的机械-电响应性能。测试结果表明,CNT/r GO-CNF传感元件具有良好的机电响应能力,信噪比高,并具有极佳的压力/应变响应稳定性和灵敏度。在宽应力范围具有不同灵敏度(0-100 Pa为22.05 k Pa-1,0-1 k Pa为11.82 k Pa-1),尤其在小应变下具有高灵敏系数（GF=15.07）。通过微量水滴测试表明,材料对微小压力具有超低的检测极限0.875 Pa。进一步将该组件件用于可穿戴传感应用,可实现对人体脉搏监测和运动信号输出。这些功能使CNT/r GO-CNF碳气凝胶有望在生物信号监测的柔性可穿戴电子衍生产品中得到广泛应用。3.以纳米纤维素复合石墨烯协同构建,并引入植酸螯合Fe3+和氨基葡萄糖形成均匀的Fe-PA/GA@GO/CNFs掺杂体系,实现原位一步合成Fe P/Fe2O3负载和N,P掺杂3D蜂窝状结构的碳气凝胶（Fe P/Fe2O3@NPCA）。具有良好的导电性、机械稳定性,以及垂直孔道和丰富的孔隙结构为气体扩散和电解液浸润提供了有效的传输通道。得益于其高比表面积和孔隙结构,以及Fe P/Fe2O3与N,P掺杂碳纳米片之间的协同作用,3D碳气凝胶表现出优异的ORR/OER电催化活性(Egap=0.79 V),可作为立体型自支撑式空气电极。不仅通过常规水系ZAB体系表现出优异的电池性能,包括高能量密度(130 m W cm-2),高比容量(5 m A cm-2/767 m Ah g-1)以及出色的充放电稳定性(5 m A cm-2/160h),还通过流动型ZAB装置以及柔性固态ZAB实现了立体型自支撑式空气电极的拓展应用,具有良好的充放电稳定性。尤其组装的固态ZAB在弯曲/压缩机械外力下显示出良好的柔性可弯曲和较稳定的电池性能。